Файл: Лисовская Э.П. Физико-химические методы очистки поверхности деталей и изделий в судостроении обзор.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.07.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 0
О Р Д Е НА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ СУДОСТРОЕНИЯ
СОВРЕМЕННОЕ СУДОСТРОЕНИЕ
Э. П. Л И С О В С К А Я , л . я. п о п и л о в
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ И ИЗДЕЛИЙ
ВСУДОСТРОЕНИИ
ОБ З О Р
ИЗДАТЕЛЬСТВО «СУДОСТРОЕНИЕ»
1973
АН Н О Т А Ц И Я
Вобзоре, предназначенном, в первую очередь, для техно логического персонала предприятий и работников заводских лабораторий, собран большой фактический материал о суще ствующих в СССР и за рубежом методах очистки поверхно стей от загрязнений, рецептуре составов для очистки и ре жимах их использования.
Цель обзора — дать общее представление о современном состоянии вопроса в целом, обобщить данные литературных источников и патентной информации и представить в распо ряжение читателей фактические сведения, могущие найти при менение в практике.
В настоящем обзоре освещены лишь те процессы очистки, которые осуществляются без разрушения поверхности очи щаемого материала.
Научный редактор — д-р техн. наук Е. В. Искра
Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения (ЦНИИТС), 1973
П Р Е Д И С Л О В И Е
Очистка поверхности деталей и изделий от всевозможных загрязнений, в том числе очистка от жиров и масел (обезжири вание),— одна из массово проводимых технологических опера ций в любой отрасли промышленности, в том числе и в судо строительной.
Вопросы очистки и обезжиривания |
неоднократно освещались |
в литературе в различных аспектах |
[1]—[6]. |
Однакобольшинство литературных источников частично ус тарели, частично затрагивают лишь отдельные вопросы техно
логии очистки |
и не всегда легкодоступны, так как в библиоте |
ке предприятия |
или цеха обычно отсутствуют. |
Вместе с тем, необходимость в обращении за теми или ины ми справочными сведениями по .различным вопросам техноло гии очистки, в особенности по данным о рецептуре и режимах, существует у технологов постоянно.
Цель настоящего обзора — обобщить многочисленные раз розненные сведения о методах очистки и материалах для нее с тем, чтобы дать технологу не только достаточно ясное пред ставление о современном состоянии вопроса, но и облегчить вы бор оптимальных составов для конкретных случаев из большо го числа существующих составов, применяемых и предлагае мых к применению. Ограниченный объем обзора исключил воз можность детализации приводимых сведений и рассмотрения некоторых теоретических вопросов очистки, однако, учитывая, что читателями данного обзора могут быть лишь специалисты, уже имеющие определенный объем знаний и сведений по очи стке, а также производственный опыт, этот недостаток в неко торой степени восполняется включением в обзор обширного списка литературы по вопросу.
Вместе с тем, следует отметить, что приведенный в обзоре список литературы носит несколько ограниченный характер, так как перечень всех источников к более чем 400 рецептам мою щих составов, содержащихся в таблицах данного обзора, ока зался бы чрезмерно громоздким и малополезным для читателя.
Приводимый |
ниже материал, |
охватывающий последние |
5 лет, дополняет |
в некоторой части |
сведения, опубликованные |
1* |
|
3 |
б обзоре одного из авторов «Ультразвуковая интенсификация очистки и гальванических процессов», вышедшем в 1962 г.
В данном обзоре рассматриваются только те методы очи стки, осуществление которых не влечет за собой разрушения (растворения) поверхности очищаемого материала.
Описание методов очистки, осуществляемых с попутным уда лением, либо деформацией поверхностного слоя основного ма териала, например химическое или электрохимическое анодное травление, катодное восстановление окалины в расплавах и т. д., в данный обзор не входит, составляя предмет отдель ного труда «Химические и электрохимические методы очистки поверхности деталей и изделий в судостроении» — Т. В. Трактирова, Л. Я- Попилов, готовящегося к печати.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОЧИСТКЕ
Очистка поверхности деталей и изделий от загрязнений — область технологии, существующая столь же давно, сколько вообще существует технология промышленного производства.
Однако на каждой стадии развития и совершенствования технологических процессов производства операции очистки при обретали новые особенности и обогащались новыми деталями процесса и материалами соответственно уровню представлений о природе процессов очистки, требованиям к качеству очищен ной поверхности и имеющимся в наличии материальным воз можностям.
От очистки протиранием ветошью, смоченной керосином, или промывкой в ванне из того же керосина, применявшейся в на чале века, был совершен постепенный, но весьма существенный переход к применению более эффективных и более технологич ных органических растворителей, затем к применению простых водных щелочных растворов постепенно усложнявшегося соста ва до современных составов, содержащих комплекс компонен
тов |
функционального назначения |
и добавки — поверхностно-ак |
||
тивные вещества |
(ПАВ). |
|
|
|
Переход к применению ПАВ в составе водных растворов для |
||||
очистки революционизировал эту |
область |
и послужил основой |
||
для |
очередного |
подъема техники |
очистки |
на более совершен |
ную |
ступень. |
|
|
|
Внастоящее время очистка поверхности деталей или изде лий от загрязнений превратилась в самостоятельный содержа тельный и специфический раздел технологии промышленного производства.
Впоследнее десятилетие в области очистки появилось много новых направлений и методов, значительно расширивших тех нологические возможности процессов очистки и способствовав ших повышению их эффективности.
Вчисле этих направлений и процессов можно перечислить, кроме уже упоминавшихся выше ПАВ, следующие: механиза ция процессов очистки и внедрение приемов, значительно ин тенсифицирующих их протекание, в том числе струйной очистки, очистки с введением ультразвуковых колебаний (ультразвуко вой очистки), барабанной и центробежной очистки с примене нием абразивных суспензий в моющих растворах, электролити ческой очистки, очистки в расплавах солей; очистка в паровой
5
фазе конденсирующимся растворителем, обеспечивающая до стижение высшей степени очищения поверхности; применение функционально совмещенных составов, позволяющих выполнять одновременно две и более операций (очистка + фосфатирование; очистка + пассивирование; очистка+травление; очистка+ фосфатирование+окраска и другие операции).
К новым, эффективным вариантам обезжиривания поверх ностей относится применение ультразвука в сочетании с обез жириванием в паровой фазе [11].
Представляет интерес вариант обезжиривания ферромагнит ных изделий, в котором последние приводятся в колебательное перемещение с помощью магнитного поля и одновременно по ливаются моющим раствором [12].
В значительной мере техническому прогрессу процессов очи стки способствовало накопление большого производственного опыта и проведение обширных исследований, позволивших за ложить теоретические основы науки об очистке поверхностей и совершенствовать технологию очистки на научной основе.
1.1. Классификация применяемых методов очистки
Как известно [13]—[15], удаление загрязнений с металличе ских поверхностей может производиться различными методами: физическим растворением загрязнений в растворителях; хими ческим разложением их при действии различных химических соединений, в результате различных физико-химических процес сов, в том числе электрохимически; механическим разрушением; химико-механически; удалением вместе с поверхностным слоем •очищаемого материала и т. д. и т. п.
Следовательно, очистка проводится либо воздействием жид ких сред (неводных растворителей, водных растворов, распла вов) на загрязненную поверхность, либо механическим или хи мико-механическим воздействием (протиранием) без жидкости (порошки), либо с жидкостью (пасты). Применяемая в прак тике очистка в парах растворителя, конденсирующихся на очи щаемой поверхности, по существу, также является очисткой в жидкой среде, образующейся непосредственно на очищаемой поверхности. Схема возможных вариантов процессов очистки следует ниже.
Загрязнения могут удаляться в процессе очистки по двум основным вариантам — без разрушающего (деструктирующего) воздействия очищающей среды на поверхность основного ма териала, находящегося под загрязнениями, или с одновремен ным разрушением поверхности основного материала вместе с находящимися на ней загрязнениями.
Соответственно этим, в равной мере хорошо известным в практике, вариантам различают — хотя между ними трудно про вести резкую границу — процессы очистки, мойки и обезжири вания, при которых поверхность основного материала не затра-
6
гивается, и процессы травления, при которых разрушается (рас творяется) верхний слой основного материала.
В данном обзоре, как уже отмечалось в предисловии, рас сматриваются лишь те методы и приемы очистки поверхности от загрязнений, которые осуществляются без какого-либо деструктирующего воздействия на очищаемую поверхность, т. е. без разрушения основного материала и без каких-либо дефор мирующих воздействий на него.
На рис. 1 перечислены основные разновидности современных методов очистки поверхности от загрязнений, классифицируе мые с точки зрения характера явлений, обусловливающих ме ханизм удаления загрязнений в ходе очистки.
Возможны и другие варианты классификации.
Однако при любой последовательности группирования ме тодов очистки надлежит учитывать, что практический выбор конкретного метода должен обусловливаться, в первую очередь, учетом характера взаимодействия очищающей среды с веще ством загрязнения и с основным материалом очищаемого изде лия, а затем уже всеми прочими факторами — техническими, технологическими и экономическими.
Это положение, учитывая большое разнообразие видов за грязнений поверхности (рис. 2), с которым встречается технолог современного судостроительного производства, определяет не обходимость научно обоснованного рационального выбора ме тода очистки в каждом конкретном случае.
1.2. Теоретические основы процессов очистки и обезжиривания
Теоретические основы физико-химических процессов очистки и обезжиривания достаточно обстоятельно освещены в ряде трудов [16], изложение которых не входит в наши задачи.
Многочисленные исследования природы моющего действия, механизма удаления загрязнений, функций отдельных компо нентов в моющих составах убедительно показали, что в боль шинстве реальных случаев сущность операции очистки не мо жет быть сведена к какому-либо одному физическому или хи мическому явлению, а представляет собой сложное сочетание различных видов воздействия на очищаемую поверхность и за грязнения, находящиеся на ней.
В данном обзоре следует отметить, что выбор и совершен ствование современных методов очистки характеризуется, как правило, стремлением сочетать в них большой комплекс явле ний, обусловливающих протекание процессов очистки (рис. 3), с целью возможно большей интенсификации и повышения эф фективности операции в целом.
Физические воздействия при очистке используются преиму щественно для удаления загрязнений, удерживающихся на по верхности чисто механическим путем (адгезия, зацепление за выступы шероховатостей), за счет гравитационного притяже-
7
ния и адсорбции, характеризующейся проявлением действия от носительно слабых сил Ван-дер-Ваальса.
Преимущественная область использования химических и ча стично физико-химических воздействий — удаление хемосорбированных загрязнений, удерживающихся силами химических связей.
2. СОСТАВЫ для М О Й К И , очистки
И О Б Е З Ж И Р И В А Н И Я О Ч И Щ А Е М Ы Х П О В Е Р Х Н О С Т Е Й
Разнообразие составов, рекомендуемых, опробованных или применяемых для целей очистки, весьма велико, но при неко
торой систематизации |
все |
множество |
их может быть сведено к |
|||||||||||||||||
нескольким |
основным |
группам, |
различающимся |
по |
характеру |
|||||||||||||||
и природе жидкой фазы, являющейся основным |
компонентом |
|||||||||||||||||||
всех |
рабочих |
составов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Основные функции различных |
групп |
веществ, |
применяемых |
в |
составах |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
для |
очистки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Основные группы веществ и их функции |
|
|
|
Примеры |
|
|
|
|||||||||||||
Растворители, |
|
физически растворяющие |
Вода, |
органические |
раствори |
|||||||||||||||
либо |
механически |
удаляющие |
загрязнения |
тели |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
без |
изменения |
состава |
последних |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Химически |
активные |
вещества, |
химически |
Водные |
растворы |
минераль |
||||||||||||||
преобразующие |
загрязнения |
и |
переводя |
ных |
и |
органических |
|
кислот, |
||||||||||||
щие |
их в растворимые |
формы, |
в |
том |
числе |
растворы |
едких щелочей, фто |
|||||||||||||
в комплексные |
соединения |
|
|
|
|
|
ристые |
соли, |
комплексоны |
и |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
другие |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вещества, |
омыляющие |
или |
эмульгирую |
Растворы |
щелочей |
и |
щелоч |
|||||||||||||
щие |
загрязнения |
(благодаря |
чему |
облег |
ных |
солей |
(карбонаты, |
фосфа |
||||||||||||
чается их удаление с поверхности), усили ты, силикаты), ПАВ |
|
|
|
|||||||||||||||||
вающие |
моющее действие |
растворов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), |
Различные ПАВ |
|
|
|
|
|||||||||||||||
резко изменяющие поверхностное натяже |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ние |
растворов, |
способствующие |
улучшению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
смачивания и облегчающие удаление за |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
грязнений за счет снижения свободной меж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
фазной энергии |
обезжиривающих |
растворов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
на границе с загрязнениями и за счет ос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
лабления |
удерживающих |
загрязнения |
по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
верхностных |
сил |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вещества, регулирующие или поддержи |
Бура, |
фосфаты, |
карбонаты, |
|||||||||||||||||
вающие |
заданный |
рН |
(буферные |
добавки) |
фториды |
|
|
|
|
|
|
|
Ингибиторы коррозии в процессе очистки
Вещества, пассивирующие очищенную по верхность
Травильные присадки |
ЧМ, |
КС, ИА, ПБ-5, ПБ-8, |
амины |
и другие |
|
Бихроматы или нитриты ка лия и натрия, триэтаноламин
8